Информационные технологии в металлургии. Применение прикладных программ в проектировании технологического инструмента

№1816 

Кафедра обработки металлов давлением 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 
В МЕТАЛЛУРГИИ 

Применение прикладных программ в проектировании 
технологического инструмента 

Учебно-методическое пособие 

для студентов специальностей 110600 и 351400 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института 

МОСКВА 2002 

УДК 004.42:621.7 
И74 

И74 
Информационные технологии в металлургии. Применение 

прикладных программ в проектировании 
технологаческого 
инструмента: Учеб.-мегод. пособие / СП. Галкин, А.В. Гончарук, 
Е.В. Даева и др. - М.: МИСиС, 2002. - 184 с. 

Пособие содержит девять разделов по основным этапам проектирования 
технологического инструмента на основе прикладных компьютерных систем. 

Приведенные тексты программных модулей выполнены в виде макросов 
и процедур и могут быть использованы для освоения техники их написания и 
последующего применения для решения других, более сложных задач. 

Предназначено для практических занятий для студентов специальностей 
110600 «Обработка металлов давлением» направления 651300 «Металлургия», 351400 «Прикладная информатика (в инноватике)». 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (Технологический 
университет) (МИСиС), 2002 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
6 

1. Технологический инструмент станов винтовой прокатки 
7 

2. Основные положения и определения трехмерного пространства 
14 

2.1. Трехмерная система координат 
14 

2.1.1. Правила «правой руки» 
14 

2.1.2. Ввод трехмерных координат 
14 

2.1.3. Координатные фильтры 
15 

2.2. Задание пользовательской системы координат 
16 

2.3. Просмотр объектов в трехмерном пространстве 
18 

2.3.1. Установка точки зрения 
19 

2.3.2. Установка вида модели в плане 
20 

2.3.3. Интерактивное управление точкой взгляда 
21 

3. Основы твердотельного моделирования в автокаде 
22 

3.1. Создание трехмерных объектов 
22 

3.1.1. Каркасное моделирование 
22 

3.1.2. Поверхностное моделирование 
23 

3.2. Твердотельное моделирование 
25 

3.2.1. Создание тела методом выдавливания 
26 

3.2.2. Создание тела методом вращения 
28 

3.2.3. Сложное тело 
29 

3.3. Редактирование трехмерных объектов 
30 

3.3.1. Перенос объектов 
30 

3.3.2. Поворот объектов вокруг оси 
31 

3.3.3. Выравнивание объектов 
31 

3.3.4. Дублирование объектов 
31 

3.4. Визуализация трехмерных моделей 
35 

3.5. Разрезы и сечения твердотельных моделей 
37 

4. Перевод графической формы представления информации 

в цифровой вид 
40 

4.1. Порядок обработки информации 
40 

4.2. Система «Валок» 
41 

4.3. Система «Оправка-Стержень» 
50 

4.4. «Направляющий диск» 
57 

5. Моделирование инструмента стана винтовой прокатки 

в среде автокад 
65 

5.1. Модель системы «Валок» 
65 

5.1.1. Алгоритм построения объекта «Бочка валка» 
65 

5.1.2. Алгоритм построения объекта «Шпонка» 
68 

3 

5.1.3. Алгоритм построения объекта «Ось валка» 
70 

5.1.4. Алгоритм сборки объектов системы «Валок» 
76 

5.2. Модель системы «Оправка-Стержень» 
77 

5.2.1. Алгоритм построения объекта «Оправка» 
77 

5.2.2. Алгоритм построения объекта «Стержень» 
81 

5.2.3. Алгоритм сборки оправки со стержнем 
84 

5.3. Модель системы «Направляющий диск» 
85 

5.3.1. Алгоритм построения объекта «Бандаж» 
85 

5.3.2. Алгоритм построения объекта «Ступица» 
87 

5.4. Алгоритм пространственного расположения трехмерных 
моделей технологического инструмента 
89 

5.4.1. Пространственное расположение системы «Валок» 
89 

5.4.2. Пространственное расположение системы 
«Оправка - Стержень» 
91 

5.4.3. Пространственное расположение системы 
«Бандаж-Ступица» 
92 

6. Работа с Visual Basic для приложений 
94 

6.1. Переменные, объекты, свойства и методы VBA 
94 

6.1.1. Переменные 
94 

6.1.2. Объекты 
96 

6.1.3. Свойства и методы 
97 

6.2. Функции, процедуры, макросы VBA 
98 

6.2.1. Макрос 
98 

6.2.2. Процедура 
99 

6.2.3. Функция 
99 

6.3. Диалоговые окна 
100 

6.4. Отладка и редактирование программного кода 
101 

6.4.1. Команды, используемые для отладки и редактирования. 101 
6.4.2. Отображение значений 
103 

6.4.3. Окна режима отладки 
105 

6.4.3. Закладки 
109 

6.5. Справочная информация VBA 
109 

7. Основы работы с VBA в среде Автокада 
113 

7.1. Основные положения 
113 

7.2. Объектная модель Автокада 
114 

7.3. Описание используемых объектов, методов 

и свойств Автокада 
117 

7.3.1. Объекты 
117 

7.3.2. Методы 
117 

7.3.3. Свойства 
121 

4 

8. Моделирование инструмента стана винтовой прокатки 

средствами VBA в среде Автокада 
122 

8.1. Состав программного кода 
122 

8.2. Вспомогательные процедуры пользователя 
124 

8.3. Основные процедуры пользователя 
127 

8.4. Макрос «Инструмент» 
134 

9. Создание макроса, связывающего Автокад и Excel, для 

моделирования инструмента двух- и трехвалковых станов 
винтовой прокатки 
142 

9.1. Выполнение расчетов в Excel 
142 

9.2. Обмен информацией между ячейками рабочего листа Excel 

и переменными VBA 
155 

9.3. Моделирование технологического инструмента 
двухвалкового стана 
156 

9.4. Моделирование технологического инструмента трехвапкового стана 
157 

Заключение 
159 

Библиографический список 
160 

Приложение 1. Текст программного модуля для 
моделирования технологического инструмента трехвалкового 
стана винтовой прокатки 
161 

Приложение 2. Текст программного модуля для 
моделирования технологического инструмента трехвалкового 
стана винтовой прокатки при организации совместной работы 
Excel и Автокада 
173 

5 

ВВЕДЕНИЕ 

Работа технологического инструмента в процессах обработки 
металлов давлением характеризуются весьма тяжелыми условиями 
эксплуатации. Прокатные валки, кузнечные бойки, прессовые матрицы, штампы, оправки, волоки и другие виды инструмента подвергаются одновременному воздействию интенсивных контактных нагрузок, высоких температур и скоростей, а также ряда других факторов. 
К важнейшим факторам стойкости инструмента и эффективной эксплуатации относится качество его проектирования. Процесс проектирования инструмента многоступенчат и весьма трудоемок, часто 
включает итерационные процедуры. 

Современные средства вычислительной техники позволяют 
качественно повысить эффективность проектирования на основе 
информационных технологий с использованием компьютерной техники. В диалоге с компьютерной программой могут быть разработаны трехмерные геометрические модели рабочего инструмента (разделы 2, 3, 4), проведены деформационно-скоростные, прочностные, 
тепловые и другие виды расчетов, созданы базы данных и специализированные библиотеки по способам, устройствам и материалам обработки металлов давлением. 

Особую целесообразность и наглядность компьютерное проектирование имеет в области винтовой прокатки, поскольку этот 
процесс характеризуется наиболее сложной пространственной геометрией, весьма трудоемок не только процесс его расчета, но даже 
графическое изображение реального очага деформации. 

В предлагаемом пособии изложены элементы компьютерного 
проектирования технологического инструмента станов винтовой 
прокатки, реализуемой в среде универсальной графической системы 
Автокад 2000 тремя способами: 

- обычными средствами объемного моделирования Автокада 
(раздел 5); 

- с помощью макроса написанного на языке программирования VBA (Visual Basic for Application), встроенного в Автокад (разделы 6, ,7, 8); 

- с помощью совместной работы макроса VBA и «электронных таблиц» Excel (раздел 9). 

6 

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ 
СТАНОВ ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ 

Процесс винтовой прокатки, реализуемый на одноименных станах, представляет собой деформирование заготовки (слитка) приводными валками, оси которых расположены под углом к оси прокатки. 

Скрещенное положение осей приводных валков и оси прокатки ориентирует вектор окружной скорости валков под углом к оси 
заготовки. В результате прокатываемая заготовка приобретает винтовое движение вне очага деформации и сложное геликоидальное 
движение в очаге. Такой характер движения заготовки определяет 
название данного вида прокатных станов и процессов, осуществляемых на них. Винтовую прокатку называют также поперечновинтовой и косой прокаткой, а в определенном частном случае - радиально-сдвиговой. 

Винтовая прокатка имеет широкое промышленное применение в трех основных областях: 

- производство бесшовных труб; 
- деталепрокатное производство и производство специальных 
видов проката; 

- производство круглых заготовок сортового проката (радиально-сдвиговая прокатка). 

Основные признаки процессов винтовой прокатки представлены в классификационной таблице (табл. 1.1). 

7 

При производстве бесшовных труб винтовая прокатка применяется на операциях прошивки, раскат™, редуцирования, обкатта и калибровки. Процесс прошивки представляет собой получение полой гильзы 
(черновой трубы) с осевым отверстием из сплошной заготовки. Раскатка - это процесс деформирования гильзы с осадкой стенки (уменьшением 
толщины) и изменением диаметра. Редуцирование - деформирование с 
уменьшением диаметра трубы или гильзы. Обкатка - прокатка труб для 
уменьшения разностенносттт и некруглости труб. Калибровка- завершающий процесс деформирования для улучшения качесттза поверхности 
и повышения точносттт геометрических размеров труб. 

Деталепрокатные станы используются при производстве коротких тел вращения (шаров, втулок, штифтов и др.), периодических 
профилей (железнодорожные оси), профилей с винтовой поверхностью, ребристых труб, а также других специальных видов прокатной 
продукции. Валки деталепрокатных станов выполняются с кольцевыми или винтовыми ручьями, которые при совмещении образуют 
калибры заданного профиля. В ряде случаев эти станы оснащаются 
механизмами для управляемого сведения- разведения валков во 
время прокатки. 

Па станах радиально-сдвиговой прокатки получают высококачественный круглый сортовой прокат и заготовки практически из любых деформируемых металлов и сплавов. Радиально-сдвиговая прокатка осуществляется как в обычном, так и в реверсивном режиме работы 
стана, когда на одном стане выполняется от 3 до 15 проходов. 

Технологический инструмент, образующий очаг деформации 
в станах винтовой прокатки, в общем случае включает: 

- рабочие ватки; 
- направляющий инструмент; 
- оправку. 
В качестве примера на рис. 1.1 представлена схема очага деформации прошивного стана. 

9 

I 
П 
A-A 

"> 
h 

Рис. 1.1. Схема очага деформации и состав технологического 
инструмента прошивного стана винтовой прокатки: В - валки; 

Л-линейки; О-оправка 

Рабочие валки, в зависимости от характера изменения расстояния между их осями по направлению прокатки, бывают: чашевидными (оси валков сходятся), грибовидными (оси валков расходятся), бочковидными (оси валков сходятся во входной части очага 
деформации и расходятся в выходной). Кроме того, применяются 
дисковые валки с несимметричным и симметричным расположением 
валков (рис. 1.2). 

10 

Рис. 1.2. Разновидности валков станов винтовой прокатки: 

а - чашевидные; б - грибовидные; в - бочковидные; г - дисковые 

с несимметричным расположением; д - дисковые 

с симметричным расположением 

По числу рабочих валков промышленные станы винтовой 
прокатки подразделяются на двух- и трехвалковые. Валки располагаются вокруг оси прокатки через 360 °/К (где К - количество рабочих валков), т.е. через 180 ° для двухвалкового стана и через 120 ° 
для трехвалкового. 

Направляющий инструмент применяется преимущественно в 
двухвалковых станах для препятствования вытеснению металла в зазоры между валками и для удержания заготовки на оси прокатки. В 
трехвалковых станах направляющий инструмент, как правило, не 
применяется в силу достаточной замкнутости очага деформации и 
естественной равновесной нагрузки от трех валков. 

В качестве направляющего инструмента могут использоваться: линейки (инструмент скольжения), холостые диски, приводные 
диски и ролики (инструмент качения) (рис. 1.3). 

11 

Рис. 1.3. Направляющий инструмент станов винтовой прокатки: 
а - линейки; б - диски; в - ролики 

Оправка - это составляющая технологического инструмента, 
предназначенная для прошивки (образования отверстия) сплошной 
заготовки (слитка) в полую гильзу или раскатки гильзы в трубу. 

Оправка создает деформирующее воздействие на металл со 
стороны осевой части сплошной заготовки или воздействует на 
внутреннюю поверхность полой заготовки. 

Различают оправки короткие и длинные. 
Короткие оправки имеют дайну меньшую или сопоставимую с 
дайной очага деформации и значительно меньшую по сравнению с длиной заготовки (трубы). Такие оправки удерживаются в очаге деформации 
с помощью оправочного стержня. При этом возможны варианты жесткого крепления, со свободным или принудительным вращением. 

Протяженность длинных оправок больше длины прокатываемой заготовки и существенно больше длины очага деформации. 
Они имеют форму цилиндрического стержня и свободно перемещаются («плавают») вместе с прокатываемой заготовкой. Короткие оправки называют также удерживаемыми, а длинные - плавающими. 

Основные виды применяемого в промышленности технологического инструмента станов винтовой прокатки, определяемые 
комбинацией валков, направляющего инструмента и оправок при 
различных процессах прокатки, представлены в табл. 1.2. 

12